專利名稱：一種視頻流分級(jí)壓縮方法及裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種視頻流壓縮方法和裝置，尤其涉及一種使用分級(jí)壓縮方案(Spatial Scalable Compression Scheme)的視頻流壓縮方法和裝置。
由于數(shù)字視頻中包含有大量的數(shù)據(jù)，因此在制作高分辨率(HighResolution)電視節(jié)目時(shí)，高分辨率視頻信號(hào)的傳輸是一個(gè)很大的問題。進(jìn)一步說，每一幀數(shù)字圖象都是一個(gè)由一群像素點(diǎn)(pixel)組成的靜止圖像，這些像素點(diǎn)的數(shù)量取決于一個(gè)特定系統(tǒng)的顯示清晰度，因此，在高分辨率視頻中原始數(shù)字信息的數(shù)量是巨大的。為了減少需要被傳送的數(shù)據(jù)數(shù)量，提出了多種壓縮方案，包括MPEG-2、MPEG-4和H.263等各種各樣的視頻壓縮標(biāo)準(zhǔn)或流程。
在許多應(yīng)用中視頻可在一個(gè)流中通過不同的分辨率/質(zhì)量來提供，實(shí)現(xiàn)這種技術(shù)的方法被稱為分級(jí)技術(shù)，也稱為分層技術(shù)。在這種技術(shù)中，一個(gè)碼流可被分成兩個(gè)或更多層不同分辨率的碼流，這些碼流層可被合并成一個(gè)單一的高分辨率的信號(hào)。比如，一個(gè)碼流被分成基本層和增強(qiáng)層兩個(gè)碼流層，基本層可提供一個(gè)低質(zhì)量、低分辨率的視頻信號(hào)，同時(shí)，增強(qiáng)層可提供附加的信息來增強(qiáng)基本層圖象。
實(shí)際上，我們可以在三個(gè)軸向上進(jìn)行分級(jí)。首先在空間軸上，稱為空域分級(jí)(Spatial Scalable)；其次在質(zhì)量軸上，稱為信噪比可分級(jí)(SNR Scalable)或者精細(xì)可分級(jí)，再次在時(shí)間軸上，稱為時(shí)域可分級(jí)。大多數(shù)視頻壓縮標(biāo)準(zhǔn)支持這些分級(jí)技術(shù)，例如MPEG-2、MPEG-4和H.263等標(biāo)準(zhǔn)。
圖1描述了一個(gè)現(xiàn)有的采用空間分層壓縮方案的視頻編碼器。該技術(shù)方案公布在國際公開號(hào)為WO 03/036979 A1的國際申請(qǐng)文件中(國際申請(qǐng)日2002年10月16日)。在此以插入的方式，加入該申請(qǐng)披露的內(nèi)容。
一個(gè)高分辨率視頻流被送到一個(gè)低通濾波器112(Low PassFilter)進(jìn)行降采樣，然后編碼器116對(duì)降采樣后的流進(jìn)行編碼，得到一個(gè)基本流(Base Stream)。
該基本流被解碼后送到一個(gè)升采樣裝置122(Up-sampling Unit)進(jìn)行升采樣，得到一個(gè)重建流(Reconstructed Stream)。該重建流與所述的高分辨率視頻流一道被送到一個(gè)減法裝置132(SubtractionUnit)，減法裝置132以所述的高分辨率視頻流減去重建流，得到一個(gè)殘余流(Residual Stream)。
所述的高分辨率視頻流還被送到一個(gè)圖象分析裝置142(PictureAnalyzer)，該裝置對(duì)該視頻流中的每一個(gè)象素點(diǎn)進(jìn)行分析，從而得到一個(gè)增益值(Gain Value)。該增益值在細(xì)節(jié)內(nèi)容少的圖象區(qū)域趨向0，在細(xì)節(jié)內(nèi)容多的圖象區(qū)域趨向1。
這些增益值與殘余流一起被送到一個(gè)乘法器(Multiplier)152，兩者相乘后，在細(xì)節(jié)內(nèi)容少的圖象區(qū)域，其象素點(diǎn)的象素值就變小。因此，用于表示該象素值的二進(jìn)制位(bit)的長度也相應(yīng)變短，從而使得相乘得到的結(jié)果與原殘余流相比包含有更少的數(shù)據(jù)量。將兩者相乘的結(jié)果進(jìn)一步送到一個(gè)編碼器156進(jìn)行編碼，從而得到一個(gè)增強(qiáng)流(Enhancement Stream)。
在現(xiàn)有的信噪比分級(jí)壓縮技術(shù)中，也利用了類似的方法，即通過圖像分析針對(duì)每個(gè)像素得到一個(gè)增益值，然后用這些增益值去調(diào)整殘余流的碼率，從而得到一個(gè)增強(qiáng)流。
但是，現(xiàn)有的分級(jí)壓縮方案中，調(diào)整殘余流碼率的增益值只是由視頻內(nèi)容本身決定，而沒有考慮到壓縮后碼流的一些具體應(yīng)用場景的限制條件，比如傳輸網(wǎng)絡(luò)的服務(wù)質(zhì)量和存儲(chǔ)空間情況。因此，當(dāng)外部的網(wǎng)絡(luò)狀況或者存儲(chǔ)空間發(fā)生變化時(shí)，現(xiàn)有壓縮方案不能進(jìn)行適時(shí)調(diào)整，使得輸出碼率不能滿足實(shí)際的需求。因此，需要一種新的視頻分級(jí)壓縮方案，能根據(jù)壓縮后碼流的應(yīng)用場景的變化，進(jìn)行實(shí)時(shí)調(diào)整，從而使得壓縮后的碼率能適應(yīng)該外部的變化。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明是對(duì)上述技術(shù)方案的一種改進(jìn)，通過對(duì)壓縮后視頻流的應(yīng)用場景的分析，對(duì)壓縮過程進(jìn)行適時(shí)調(diào)整，從而得到實(shí)際期望的壓縮效果。
本發(fā)明提出了一種視頻流的分級(jí)壓縮方法，該視頻流是一個(gè)大于特定分辨率的流。首先，對(duì)該視頻流進(jìn)行降采樣后編碼，從而獲得一個(gè)基本流；然后，對(duì)該基本流進(jìn)行解碼和升采樣，從而獲得一個(gè)重建流；并將該視頻流減去重建流，以獲得一個(gè)殘余流；接下來，根據(jù)一個(gè)預(yù)期的碼率，獲得一個(gè)增益值，最后，將該增益值乘以該殘余流，并對(duì)得到的結(jié)果進(jìn)行編碼以獲得一個(gè)具有所述碼率的增強(qiáng)流。
本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例是根據(jù)一個(gè)傳輸網(wǎng)絡(luò)的服務(wù)質(zhì)量來獲得所述的預(yù)期的碼率，該傳輸網(wǎng)絡(luò)用于傳輸所述的分級(jí)壓縮后的視頻流。在這種情況下，壓縮后的視頻流的碼率會(huì)隨著網(wǎng)絡(luò)服務(wù)質(zhì)量的變化而動(dòng)態(tài)調(diào)整，從而保證接收端可以收到盡可能好的視頻流，而不會(huì)出現(xiàn)大量的丟包現(xiàn)象。
本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例是根據(jù)一個(gè)預(yù)期的存儲(chǔ)空間來獲得所述的預(yù)期的碼率。在這種情況下，用戶可根據(jù)自己的意愿將該視頻流存儲(chǔ)在一個(gè)適當(dāng)?shù)拇鎯?chǔ)空間中。
本發(fā)明的又一個(gè)實(shí)施例是對(duì)一個(gè)所述的大于特定分辨率的流進(jìn)行圖象分析，獲得另一個(gè)增益值，并利用第一個(gè)所述的增益值和所述的另一個(gè)增益值處理所述的殘余流，以獲得一個(gè)具有所述碼率的增強(qiáng)流。在這種情況下，通過對(duì)視頻流的實(shí)際應(yīng)用情況的分析，從而使對(duì)增強(qiáng)流的碼率調(diào)整不僅僅可根據(jù)視頻流內(nèi)部的情況，而且能夠根據(jù)外部應(yīng)用情況實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)地進(jìn)行調(diào)整，以使增強(qiáng)流中的碼率能夠動(dòng)態(tài)地符合實(shí)際的需要。
本發(fā)明還提出了一種視頻流的分級(jí)壓縮裝置，該視頻流是一個(gè)大于特定分辨率的流。該裝置包括一個(gè)重建流生成裝置，用于對(duì)該視頻流進(jìn)行處理，從而獲得一個(gè)重建流，該重建流是一個(gè)大于特定分辨率的流；一個(gè)殘余流獲取裝置，用于將該視頻流與重建流進(jìn)行比較，以獲得一個(gè)殘余流，該殘余流是一個(gè)大于特定分辨率的流；一個(gè)碼率增益值獲取裝置，用于根據(jù)一個(gè)預(yù)期的碼率，獲得一個(gè)增益值；和一個(gè)增強(qiáng)流生成裝置，用于利用該增益值處理該殘余流，以獲得一個(gè)具有該碼率的增強(qiáng)流。其中預(yù)期的碼率是根據(jù)一個(gè)傳輸網(wǎng)絡(luò)的服務(wù)質(zhì)量獲得，該傳輸網(wǎng)絡(luò)用于傳輸所述的分級(jí)壓縮后的視頻流。另外，預(yù)期的碼率還可以由一個(gè)預(yù)期的存儲(chǔ)空間來決定。
本發(fā)明還提出了一種數(shù)字記錄機(jī)，該數(shù)字記錄機(jī)包括一個(gè)接收機(jī)，用于接收一個(gè)視頻流，該視頻流是一個(gè)大于特定分辨率的流；一個(gè)存儲(chǔ)裝置，用于將壓縮后的視頻流存儲(chǔ)在一個(gè)存儲(chǔ)介質(zhì)上；一個(gè)重獲(Retrieving)裝置，用于從所述存儲(chǔ)介質(zhì)上重獲該視頻流；以及一個(gè)如上所述的視頻流分級(jí)壓縮裝置，用于對(duì)所述視頻流進(jìn)行分級(jí)壓縮，以獲得一個(gè)基本流和一個(gè)具有預(yù)期碼率的增強(qiáng)流。
通過參照結(jié)合附圖所進(jìn)行的如下描述和權(quán)利要求，本發(fā)明的其它目的和成就將是顯而易見的，并對(duì)本發(fā)明也會(huì)有更為全面的理解。


本發(fā)明通過實(shí)例的方式，參照附圖進(jìn)行詳盡的解釋，其中圖1是一個(gè)現(xiàn)有的采用空間分級(jí)壓縮方案的視頻編碼器；圖2是根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的根據(jù)一個(gè)預(yù)期的碼率來進(jìn)行分級(jí)壓縮的一個(gè)編碼系統(tǒng)示意圖；圖3是根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的根據(jù)一個(gè)預(yù)期的碼率來進(jìn)行分級(jí)壓縮的一個(gè)流程圖；圖4是根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的根據(jù)一個(gè)預(yù)期的碼率來調(diào)整增益值的流程圖；圖5是根據(jù)本發(fā)明又一個(gè)實(shí)施例的根據(jù)一個(gè)預(yù)期的碼率來調(diào)整增益值的流程圖；及圖6是根據(jù)本發(fā)明另一個(gè)實(shí)施例的一個(gè)數(shù)字記錄機(jī)。
在所有的附圖中，相同的參照數(shù)字表示相似的或相同的特征和功能。
具體實(shí)施例方式
圖2是根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的根據(jù)一個(gè)預(yù)期的碼率來進(jìn)行分級(jí)壓縮的一個(gè)編碼系統(tǒng)示意圖。該編碼系統(tǒng)200包括一個(gè)基本流生成裝置110，用于對(duì)一個(gè)高分辨率視頻流進(jìn)行降采樣后進(jìn)行編碼，從而獲得一個(gè)基本流，該基本流是一個(gè)低分辨率流；一個(gè)重建流獲取裝置122，用于對(duì)所述的基本流進(jìn)行解碼和升采樣，從而獲得一個(gè)重建流，該重建流是一個(gè)高分辨率流；一個(gè)殘余流獲取裝置132，用于將所述的視頻流與重建流進(jìn)行比較，以獲得一個(gè)殘余流，該殘余流是一個(gè)高分辨率流；一個(gè)碼率增益值獲取裝置146，用于根據(jù)一個(gè)預(yù)期的碼率獲取一個(gè)增益值α2；和一個(gè)增強(qiáng)流生成裝置150，用于將該增益值乘以所述的殘余流，并對(duì)得到的結(jié)果進(jìn)行編碼以獲得一個(gè)增強(qiáng)流。
基本流生成裝置110包括一個(gè)低通濾波器112和一個(gè)編碼器116。低通濾波器112用于進(jìn)行降采樣以減少該視頻流的分辨率，編碼器116用于對(duì)降采樣后的流進(jìn)行編碼，得到一個(gè)基本流。低通濾波器112和編碼器116與圖1中標(biāo)有相同參照數(shù)字的裝置具有相似的或相同的特征和功能。
重建流獲取裝置122為一個(gè)帶有一個(gè)解碼器(圖中未顯示)的升采樣裝置122，該解碼器用于對(duì)基本流進(jìn)行解碼。該解碼過程亦可由編碼器116在進(jìn)行編碼時(shí)進(jìn)行解碼(稱之為局部解碼)，還可通過一個(gè)單獨(dú)的解碼器(圖中未顯示)進(jìn)行解碼?；玖魃裳b置110與重建流獲取裝置122可組合成一個(gè)重建流生成裝置。
增強(qiáng)流生成裝置150包括一個(gè)乘法器152和一個(gè)編碼器156，乘法器152用于利用所述的增益值對(duì)所述的殘余流進(jìn)行處理，編碼器156用于對(duì)乘法器輸出的結(jié)果進(jìn)行編碼以獲得一個(gè)增強(qiáng)流。乘法器152和編碼器156與圖1中標(biāo)有相同參照數(shù)字的裝置具有相似的或相同的特征和功能。
碼率增益值獲取裝置146包括一個(gè)預(yù)期碼率獲取裝置1460，用于根據(jù)壓縮后的流的應(yīng)用場景來獲得一個(gè)預(yù)期的碼率，該預(yù)期碼率即為應(yīng)用場景允許的壓縮后的視頻流可以達(dá)到的最大碼率，應(yīng)用場景信息包括傳輸網(wǎng)絡(luò)的服務(wù)質(zhì)量或預(yù)期的存儲(chǔ)空間；實(shí)際平均碼率獲取裝置1462，用于根據(jù)編碼器156的參數(shù)獲取實(shí)際的平均碼率；一個(gè)調(diào)節(jié)裝置1466，用于判斷增強(qiáng)層的實(shí)際平均碼率是否大于當(dāng)前所允許的碼率，以確定是否需要改變?cè)鲆嬷?，如果?shí)際平均碼率大于所允許的碼率，則減小增益值，以使增強(qiáng)層碼率下降到所允許的碼率之下；如果實(shí)際平均碼率小于所允許的碼率，則增大增益值，以使增強(qiáng)層碼率增大。
編碼系統(tǒng)200還可有選擇地包括一個(gè)圖像分析裝置142，用于對(duì)一個(gè)所述的高分辨率流進(jìn)行像素分析，以獲得該高分辨率流中每一個(gè)像素點(diǎn)的增益值α1。在此情況下，增強(qiáng)流生成裝置150還包括一個(gè)復(fù)合增益值獲取裝置148，用于對(duì)α1和α2進(jìn)行處理，以獲取一個(gè)復(fù)合增益值α，該增強(qiáng)流生成裝置150將該復(fù)合增益值乘以所述的殘余流，并對(duì)得到的結(jié)果進(jìn)行編碼以獲得一個(gè)增強(qiáng)流。
裝置200或其部分裝置的功能可通過軟件來實(shí)施。裝置200所包括的上述裝置對(duì)于本領(lǐng)域的熟練技術(shù)人員來說可以通過多種現(xiàn)有的裝置來實(shí)現(xiàn)，只要其組合在一起可以達(dá)到本發(fā)明的功能即可。
裝置200的運(yùn)行流程詳見下面圖3所述，其中碼率增益值獲取裝置146的運(yùn)行流程詳見圖4和圖5所述。
圖3是根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的根據(jù)一個(gè)預(yù)期的碼率來進(jìn)行分級(jí)壓縮的一個(gè)流程圖。
首先，接收一個(gè)特定的高分辨率視頻流(步驟S310)，如一個(gè)分辨率為1920×1080i的視頻流，該高分辨率可為大于一個(gè)特定分辨率；并對(duì)該高分辨率視頻流進(jìn)行降采樣(步驟S324)。降采樣的目的是為了降低其分辨率，比如降到720×480i。然后，對(duì)降采樣后的流進(jìn)行編碼得到一個(gè)基本流(步驟S328)，其中的編碼可按照MPEG-2標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行。該基本流為一個(gè)低分辨率流，如720×480i。
其次，將解碼后的基本流進(jìn)行升采樣，得到一個(gè)重建流(步驟S330)，該重建流與接收到的高分辨率視頻流具有基本同樣的分辨率格式，如1920×1080i。然后，以接收到的高分辨率視頻流減去該重建流，得到一個(gè)殘余流(步驟S340)，該殘余流與接收到的高分辨率視頻流具有基本同樣的分辨率格式，如1920×1080i。
接下來，用圖像分析方法獲取所述高分辨率視頻流的每個(gè)像素點(diǎn)對(duì)應(yīng)的增益值α1(步驟S352)。該步驟可以使用現(xiàn)有的方法。當(dāng)然，亦可對(duì)所述的重建流或殘余流進(jìn)行圖象分析以獲得相應(yīng)的增益值α1。
再接下來，根據(jù)一個(gè)預(yù)期的碼率獲得增益值α2(步驟S355)。該預(yù)期的碼率由該壓縮后的視頻流的應(yīng)用場景來決定，如傳輸該視頻流的傳輸網(wǎng)絡(luò)的服務(wù)質(zhì)量，或存儲(chǔ)該視頻流的存儲(chǔ)空間。獲得α2的具體過程詳見下面圖4和圖5所述。
根據(jù)上述圖像分析確定的增益值α1和預(yù)期碼率決定的增益值α2，獲取一個(gè)復(fù)合增益值α(步驟S358)。例如，α＝λ·α1+μ·α2，其中λ和μ是加權(quán)因子，其滿足λ＝1-μ，0≤λ，μ≤1，加權(quán)因子可以由系統(tǒng)要求決定。
最后，將該殘余流中的每一個(gè)像素點(diǎn)乘以其所對(duì)應(yīng)的增益值，然后對(duì)其結(jié)果進(jìn)行編碼，從而獲得一個(gè)增強(qiáng)流(步驟S370)。
本實(shí)施例中，由α1和α2得到一個(gè)復(fù)合增益值，并運(yùn)用該復(fù)合增益值去調(diào)整殘余流。當(dāng)然，本領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)該熟知，本流程可略過步驟S352，直接單獨(dú)運(yùn)用α2來調(diào)整殘余流，比如，在視頻流受到的影響以網(wǎng)絡(luò)服務(wù)質(zhì)量等外部情況為主時(shí)，從而得到與網(wǎng)絡(luò)服務(wù)質(zhì)量相匹配的增強(qiáng)流碼率。
圖4是根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的根據(jù)一個(gè)預(yù)期的碼率來調(diào)整增益值的流程圖。該實(shí)施例的預(yù)期的碼率是由壓縮后的視頻流的傳輸網(wǎng)絡(luò)來決定。傳輸網(wǎng)絡(luò)的服務(wù)質(zhì)量往往是動(dòng)態(tài)波動(dòng)的，因此，傳輸網(wǎng)絡(luò)的可允許的碼率亦是波動(dòng)的。這樣一來，一個(gè)固定碼率的視頻流的傳輸質(zhì)量往往就很難得到保證。本流程可解決這一技術(shù)問題。
首先，在流會(huì)話開始時(shí)，根據(jù)可獲得的資源，設(shè)定相關(guān)參數(shù)(步驟S410)。比如初始網(wǎng)絡(luò)允許帶寬為B0＝20Mbps，則可將基本層的碼率設(shè)定為5Mbps，將增強(qiáng)層的碼率設(shè)定為15Mbps。該網(wǎng)絡(luò)允許帶寬可通過檢測來獲得，該碼率設(shè)定可通過對(duì)圖2中的編碼器116和156進(jìn)行一次性設(shè)置即可完成。增益值α1、α2的動(dòng)態(tài)范圍(αmin，αmax)均為(0，0.5)，此時(shí)，α1＝0.5，α2＝0.5?？梢栽O(shè)α2的調(diào)整幅度Δα＝(αmax-αmin)/10＝0.05，當(dāng)然，也可以根據(jù)情況設(shè)置得更精細(xì)些。
其次，根據(jù)網(wǎng)絡(luò)的服務(wù)質(zhì)量來得到一個(gè)預(yù)期的碼率(步驟S412)。網(wǎng)絡(luò)服務(wù)質(zhì)量是通過在該視頻流傳輸過程中對(duì)網(wǎng)絡(luò)狀況的檢測來獲得，如對(duì)網(wǎng)絡(luò)帶寬，網(wǎng)絡(luò)處理能力的檢測，從而獲得一個(gè)與當(dāng)前網(wǎng)絡(luò)服務(wù)質(zhì)量相應(yīng)的網(wǎng)絡(luò)允許接收的碼率，即一個(gè)預(yù)期的碼率，比如，15Mbps。該預(yù)期的碼率表明當(dāng)前的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)質(zhì)量不如開始的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)質(zhì)量好。由于基本層碼率為5Mbps是不變的，則增強(qiáng)層允許的碼率減小為10Mbps。該網(wǎng)絡(luò)狀況的檢測可根據(jù)需要按照一定的頻率來進(jìn)行。
同時(shí)，獲取實(shí)際增強(qiáng)層碼率(步驟S416)。實(shí)際增強(qiáng)層碼率可以通過編碼器156的參數(shù)來獲得，比如，當(dāng)前的實(shí)際增強(qiáng)層碼率為12Mbps。
接下來，將增強(qiáng)層的允許碼率和實(shí)際碼率進(jìn)行比較(步驟S422)。如前面的步驟得出的，當(dāng)前增強(qiáng)層允許的碼率為10Mbps，增強(qiáng)層的實(shí)際碼率為12Mbps。因此，當(dāng)前增強(qiáng)層實(shí)際碼率已經(jīng)超過了允許的碼率，如果增強(qiáng)層仍按照此碼率進(jìn)行壓縮并在當(dāng)前的傳輸網(wǎng)絡(luò)中傳輸?shù)脑?，必定?huì)造成網(wǎng)絡(luò)阻塞，傳輸質(zhì)量下降等問題。因此，需要調(diào)整α2，進(jìn)而降低增強(qiáng)層的輸出碼率，直到小于等于允許的碼率。
最后，根據(jù)上述比較結(jié)果，調(diào)節(jié)并獲取增益值α2(步驟S424)。
這里調(diào)節(jié)α2的過程是一個(gè)不斷比較、微調(diào)的循環(huán)過程，其具體過程如下第一過程，當(dāng)前增強(qiáng)層實(shí)際碼率已經(jīng)超過了允許的碼率，根據(jù)調(diào)節(jié)幅度Δα＝0.05， 使α’2＝α2-Δα＝0.5-0.05＝0.45，再由α＝α1+α’2＝0.5+0.45＝0.95去處理殘余流，并根據(jù)編碼器156的參數(shù)設(shè)置獲得一個(gè)小一些的增強(qiáng)層實(shí)際碼率；第二過程，將上步獲得的較小的增強(qiáng)層實(shí)際碼率和允許的碼率進(jìn)行比較，如果此增強(qiáng)層碼率仍然大于允許的碼率，則使α”2＝α’2-Δα＝0.45-0.05＝0.4，再由α＝α1+α”2＝0.5+0.4＝0.9去處理殘余流，并根據(jù)編碼器156的參數(shù)獲得一個(gè)再小一些的增強(qiáng)層實(shí)際碼率；......
由此不斷循環(huán)，直到從編碼器156獲得的增強(qiáng)層實(shí)際碼率小于允許的增強(qiáng)層碼率。比如，當(dāng)α2降到0.1，即復(fù)合增益α為0.6時(shí)，由此α處理殘余流，根據(jù)編碼器156的參數(shù)獲得的增強(qiáng)層實(shí)際碼率為9Mbps，從而使得此時(shí)的增強(qiáng)層的輸出碼率能夠符合實(shí)際的網(wǎng)絡(luò)狀況。
上述微調(diào)過程是在一個(gè)相當(dāng)短的時(shí)間內(nèi)完成的，故在上述實(shí)施例中，α1被假定不變。在實(shí)際的壓縮過程中，α1會(huì)根據(jù)圖象的情況發(fā)生變化，故只要增強(qiáng)層實(shí)際碼率的平均值小于等于允許的增強(qiáng)層碼率即可。
如上所述，如果檢測到網(wǎng)絡(luò)帶寬比較寬，網(wǎng)絡(luò)不阻塞，α2可以取一個(gè)大一些的值，以使增強(qiáng)層保留更多的信息。如果檢測到網(wǎng)絡(luò)比較阻塞，則α2可以取小一些的值，使增強(qiáng)層碼率變小，攜帶的信息變少，從而可以部分丟棄該層信息。
步驟S412，S416，S422，S424可反復(fù)進(jìn)行直到該視頻流被傳輸完畢，從而使得在整個(gè)傳輸過程中該視頻流被動(dòng)態(tài)的壓縮以適應(yīng)該傳輸網(wǎng)絡(luò)的變化。
圖5是根據(jù)本發(fā)明又一個(gè)實(shí)施例的根據(jù)一個(gè)預(yù)期的碼率來調(diào)整增益值的流程圖。本例中是根據(jù)視頻流的存儲(chǔ)情況來獲得一個(gè)預(yù)期的碼率的。比如，該存儲(chǔ)情況可以是視頻流的存儲(chǔ)媒質(zhì)的剩余存儲(chǔ)空間。由于在視頻流的存儲(chǔ)過程中，其剩余存儲(chǔ)空間是時(shí)刻變化的，因此由剩余空間和存儲(chǔ)時(shí)間決定的允許的壓縮視頻流的碼率也是不斷變化的。因而，視頻流以固定碼率進(jìn)行存儲(chǔ)的話，很可能會(huì)出現(xiàn)存儲(chǔ)空間不足，造成存儲(chǔ)失敗。本流程可以解決該技術(shù)問題。
首先，根據(jù)視頻流的存儲(chǔ)情況，設(shè)定相關(guān)參數(shù)(步驟S510)。比如現(xiàn)在要在一張單面雙層DVD+RW光盤上存儲(chǔ)一個(gè)影視節(jié)目。該光盤容量為8.5GB(即68000Mbits)，只記錄一個(gè)音軌，其碼率為384kbps，SD基本層碼率為4.5Mbps，最大記錄時(shí)間T＝90分鐘，增益值α1、α2的動(dòng)態(tài)范圍(αmin，αmax)均為(0，0.5)，此時(shí)，α1＝0.5，α2＝0.5?？梢栽O(shè)α2的調(diào)整幅度Δα＝(αmax-αmin)/10＝0.05，當(dāng)然，也可以根據(jù)情況設(shè)置得更精細(xì)些。
其次，根據(jù)當(dāng)前剩余存儲(chǔ)空間來獲得到一個(gè)預(yù)期的碼率(步驟S512)。根據(jù)DVD光盤的當(dāng)前剩余空間，可以獲得當(dāng)前允許的增強(qiáng)層碼率，即一個(gè)預(yù)期的碼率。在視頻流存儲(chǔ)過程的t時(shí)刻，增強(qiáng)層的允許碼率為benh=68000-(0.384×t)t-4.5=68000t-4.884Mbit/s]]>其中，benh為增強(qiáng)層碼率，t為記錄時(shí)間。
根據(jù)上述公式，當(dāng)t＝75分鐘，即存儲(chǔ)到第75分鐘時(shí)，增強(qiáng)層允許的碼率約為10Mbps。該獲得過程可根據(jù)需要按照一定的頻率來進(jìn)行。
然后，獲取實(shí)際增強(qiáng)層碼率(步驟S516)。實(shí)際增強(qiáng)層碼率可以通過編碼器156的參數(shù)來獲得，比如，當(dāng)前的實(shí)際增強(qiáng)層碼率為12Mbps。
接下來，將增強(qiáng)層的允許碼率和實(shí)際碼率進(jìn)行比較(步驟S522)。如前面的步驟得出的，當(dāng)前增強(qiáng)層允許的碼率為10Mbps，增強(qiáng)層的實(shí)際碼率為12Mbps。因此，當(dāng)前增強(qiáng)層實(shí)際碼率已經(jīng)超過了允許的碼率，如果增強(qiáng)層仍按照此碼率進(jìn)行壓縮并再進(jìn)行存儲(chǔ)的話，以當(dāng)前的存儲(chǔ)空間，在規(guī)定的時(shí)間(90分鐘)內(nèi)會(huì)存不下全部的視頻。因此，需要調(diào)整α2，進(jìn)而降低增強(qiáng)層的輸出碼率，直到小于等于允許的碼率。
最后，根據(jù)上述比較結(jié)果，調(diào)節(jié)并獲取增益值α2(步驟S524)。這里調(diào)節(jié)α2的過程是一個(gè)不斷比較、微調(diào)的循環(huán)過程，其具體過程如下第一過程，當(dāng)前增強(qiáng)層實(shí)際碼率已經(jīng)超過了允許的碼率，根據(jù)調(diào)節(jié)幅度Δα＝0.05， 使α’2＝α2-Δα＝0.5-0.05＝0.45，再由α＝α1+α’2＝0.5+0.45＝0.95去處理殘余流，并根據(jù)編碼器156的參數(shù)獲得一個(gè)小一些的增強(qiáng)層實(shí)際碼率；第二過程，將上步獲得的較小的增強(qiáng)層實(shí)際碼率和允許的碼率進(jìn)行比較，如果此增強(qiáng)層碼率仍然大于允許的碼率，則使α”2＝α’2-Δα＝0.45-0.05＝0.4，再由α＝α1+α”2＝0.5+0.4＝0.9去處理殘余流，并根據(jù)編碼器156的參數(shù)設(shè)置獲得一個(gè)再小一些的增強(qiáng)層實(shí)際碼率；......
由此不斷循環(huán)，直到從編碼器156獲得的增強(qiáng)層實(shí)際碼率小于等于允許的增強(qiáng)層碼率。比如，當(dāng)α2降到0.1，即復(fù)合增益α為0.6時(shí)，運(yùn)用此α處理殘余流，根據(jù)編碼器156的參數(shù)設(shè)置獲得的增強(qiáng)層碼率為9Mbps，從而使得此時(shí)的增強(qiáng)層的輸出碼率能夠符合當(dāng)前的剩余存儲(chǔ)空間。
上述微調(diào)過程是在一個(gè)相當(dāng)短的時(shí)間內(nèi)完成的，故在上述實(shí)施例中，α1被假定不變。在實(shí)際的壓縮過程中，α1會(huì)根據(jù)圖象的情況發(fā)生變化，故只要增強(qiáng)層實(shí)際碼率的平均值小于等于允許的增強(qiáng)層碼率即可。
如上所述，通過動(dòng)態(tài)監(jiān)控DVD光盤的剩余存儲(chǔ)空間，一旦增強(qiáng)層的實(shí)際碼率超過所允許的平均碼率，則將α2減小，使增強(qiáng)層的碼率下降，從而使被存儲(chǔ)的視頻流能夠完全存儲(chǔ)在DVD盤中，而不至于出現(xiàn)存儲(chǔ)空間不足的情況。
步驟S512，S516，S522，S524可反復(fù)進(jìn)行直到該視頻流被存儲(chǔ)完畢，從而使得在整個(gè)存儲(chǔ)過程中該視頻流被動(dòng)態(tài)的壓縮以適應(yīng)剩余存儲(chǔ)空間的變化。
當(dāng)然，存儲(chǔ)介質(zhì)除了上述的DVD+RW光盤，還可以是其它的類似存儲(chǔ)介質(zhì)，如HD等。另外，該預(yù)期的存儲(chǔ)空間還可以根據(jù)用戶的意愿進(jìn)行設(shè)定。例如，用戶要存儲(chǔ)一個(gè)30Mbits的影視節(jié)目，數(shù)字記錄機(jī)或者其它具有存儲(chǔ)功能的裝置可以在存儲(chǔ)開始之前，讓用戶選擇存儲(chǔ)該影視節(jié)目的預(yù)期存儲(chǔ)空間，比如可以提供18M-30M的選擇范圍。假設(shè)用戶選擇20Mbits，則可在類似上述的流程控制下最終將該節(jié)目壓縮并存儲(chǔ)為一個(gè)20Mbits的節(jié)目。
圖6是根據(jù)本發(fā)明另一個(gè)實(shí)施例的一個(gè)數(shù)字記錄機(jī)。數(shù)字記錄機(jī)600包括一個(gè)接收機(jī)610，用于接收一個(gè)高分辨率視頻流，如一個(gè)分辨率為1920×1080i的視頻流。數(shù)字記錄機(jī)600具有一個(gè)存儲(chǔ)單元620，用于在存儲(chǔ)介質(zhì)630上存儲(chǔ)編碼壓縮后的該視頻流。存儲(chǔ)介質(zhì)630是一個(gè)硬盤，但也可以是其它適當(dāng)?shù)慕橘|(zhì)，例如DVD+RW等。數(shù)字記錄機(jī)600還具有一個(gè)重獲(retrieving)單元640，用于從存儲(chǔ)介質(zhì)630上重獲該視頻流。重獲單元640用于回放記錄機(jī)或存儲(chǔ)單元620所存儲(chǔ)的節(jié)目。
數(shù)字記錄機(jī)600還包括前述圖2所示的一個(gè)視頻流分級(jí)壓縮裝置200。該壓縮裝置200從接收機(jī)610中收到該高分辨率視頻流，作為原始視頻流進(jìn)行分級(jí)壓縮，分別得到經(jīng)編碼壓縮后的一個(gè)基本流和一個(gè)增強(qiáng)流。之后，由存儲(chǔ)單元620將編碼壓縮后的視頻流存儲(chǔ)在存儲(chǔ)介質(zhì)630上。其中，由于該視頻流分級(jí)壓縮裝置200引入了與預(yù)期存儲(chǔ)空間相關(guān)的增益值α2，可根據(jù)存儲(chǔ)空間的變化實(shí)時(shí)調(diào)整增益值α2，并由該增益值處理殘余流，從而，該壓縮裝置200輸出的增強(qiáng)流碼率始終能夠符合數(shù)字記錄機(jī)600所提供的存儲(chǔ)空間。
雖然經(jīng)過對(duì)本發(fā)明結(jié)合具體實(shí)施例進(jìn)行描述，對(duì)于在本技術(shù)領(lǐng)域熟練的人士，根據(jù)上文的敘述作出的許多替代、修改和變化將是顯而易見的。因此，當(dāng)這樣的替代、修改和變化落入附后的權(quán)利要求的精神和范圍內(nèi)時(shí)，應(yīng)該被包括在本發(fā)明中。
權(quán)利要求
1.一種視頻流分級(jí)壓縮方法，其中該視頻流是一個(gè)大于特定分辨率的流，包括步驟a.對(duì)所述的視頻流進(jìn)行處理，從而獲得一個(gè)重建流，該重建流是一個(gè)大于特定分辨率的流；b.將所述的視頻流與重建流進(jìn)行比較，以獲得一個(gè)殘余流，該殘余流是一個(gè)大于特定分辨率的流；c.根據(jù)一個(gè)預(yù)期的碼率，獲得一個(gè)增益值；和d.利用所述的增益值處理所述的殘余流，以獲得一個(gè)具有所述碼率的增強(qiáng)流。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其中步驟a包括步驟對(duì)所述的視頻流進(jìn)行降采樣后進(jìn)行編碼，從而獲得一個(gè)基本流；對(duì)所述的基本流進(jìn)行解碼和升采樣，從而獲得所述的重建流。
3.如權(quán)利要求1所述的方法，其中所述的預(yù)期的碼率是根據(jù)一個(gè)傳輸網(wǎng)絡(luò)的服務(wù)質(zhì)量來獲得，該傳輸網(wǎng)絡(luò)用于傳輸所述的分級(jí)壓縮后的視頻流。
4.如權(quán)利要求3所述的方法，其中所述傳輸網(wǎng)絡(luò)的服務(wù)質(zhì)量是由該傳輸網(wǎng)絡(luò)的可用的網(wǎng)絡(luò)帶寬決定。
5.如權(quán)利要求1所述的方法，其中所述預(yù)期的碼率是由一個(gè)預(yù)期的存儲(chǔ)空間來決定。
6.如權(quán)利要求1所述的方法，還包括步驟對(duì)一個(gè)所述的大于特定分辨率的流進(jìn)行圖象分析，獲得另一個(gè)增益值；其中殘余流處理步驟包括利用第一個(gè)所述的增益值和所述的另一個(gè)增益值處理所述的殘余流，以獲得一個(gè)具有所述碼率的增強(qiáng)流。
7.一種視頻流分級(jí)壓縮裝置，其中，該視頻流是一個(gè)大于特定分辨率的流，包括一個(gè)重建流生成裝置，用于對(duì)所述的視頻流進(jìn)行處理，從而獲得一個(gè)重建流，該重建流是一個(gè)大于特定分辨率的流；一個(gè)殘余流獲取裝置，用于將所述的視頻流與重建流進(jìn)行比較，以獲得一個(gè)殘余流，該殘余流是一個(gè)大于特定分辨率的流；一個(gè)碼率增益值獲取裝置，用于根據(jù)一個(gè)預(yù)期的碼率，獲得一個(gè)增益值；和一個(gè)增強(qiáng)流生成裝置，用于利用所述的增益值處理所述的殘余流，以獲得一個(gè)具有所述碼率的增強(qiáng)流。
8.如權(quán)利要求7所述的裝置，其中所述預(yù)期的碼率是根據(jù)一個(gè)傳輸網(wǎng)絡(luò)的服務(wù)質(zhì)量來獲得，該傳輸網(wǎng)絡(luò)用于傳輸所述的分級(jí)壓縮后的視頻流。
9.如權(quán)利要求7所述的裝置，其中所述的預(yù)期的碼率是由一個(gè)預(yù)期的存儲(chǔ)空間來決定。
10.如權(quán)利要求7所述的裝置，還包括一個(gè)圖像分析裝置，用于對(duì)一個(gè)所述的大于特定分辨率的流進(jìn)行圖象分析，獲得另一個(gè)增益值；其中所述的增強(qiáng)流生成裝置利用第一個(gè)所述的增益值和所述的另一個(gè)增益值處理所述的殘余流，以獲得一個(gè)具有預(yù)期碼率的增強(qiáng)流。
11.一種數(shù)字記錄機(jī)，包括一個(gè)接收機(jī)，用于接收一個(gè)視頻流，該視頻流是一個(gè)大于特定分辨率的流；一個(gè)存儲(chǔ)裝置，用于將壓縮后的該視頻流存儲(chǔ)在一個(gè)存儲(chǔ)介質(zhì)上；一個(gè)重獲(Retrieving)裝置，用于從所述存儲(chǔ)介質(zhì)上重獲該視頻流；以及一個(gè)如權(quán)利要求7所述的視頻流分級(jí)壓縮裝置，用于對(duì)所述視頻流進(jìn)行分級(jí)壓縮，以獲得一個(gè)基本流和一個(gè)具有預(yù)期碼率的增強(qiáng)流。
全文摘要
本發(fā)明提出了一種視頻流分級(jí)壓縮方法，該視頻流是一個(gè)大于特定分辨率的流。首先，對(duì)該視頻流進(jìn)行降采樣后編碼，從而獲得一個(gè)基本流；然后，對(duì)該基本流進(jìn)行解碼和升采樣，從而獲得一個(gè)重建流；并將該視頻流減去重建流，以獲得一個(gè)殘余流；接下來，根據(jù)一個(gè)預(yù)期的碼率，獲得一個(gè)增益值；最后，將該增益值乘以該殘余流，并對(duì)得到的結(jié)果進(jìn)行編碼以獲得一個(gè)增強(qiáng)流。由于本發(fā)明不僅僅可根據(jù)視頻流本身決定增益值，而且能夠根據(jù)外部應(yīng)用情況動(dòng)態(tài)地調(diào)整增益值，從而使增強(qiáng)流的碼率能夠時(shí)刻符合實(shí)際的需要。
文檔編號(hào)H04N7/46GK1989770SQ200580025266
公開日2007年6月27日 申請(qǐng)日期2005年7月4日 優(yōu)先權(quán)日2004年7月26日
發(fā)明者王進(jìn), 王剛 申請(qǐng)人:皇家飛利浦電子股份有限公司